配合酶概念-馮定遠(yuǎn)

飼料“復(fù)合酶”“組合酶”“配合酶”

的原理和關(guān)系馮定遠(yuǎn)1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué);2.廣東科貿(mào)職業(yè)學(xué)院1討論酶制劑時(shí)，特別強(qiáng)調(diào)了酶制劑在飼料中應(yīng)用的復(fù)雜性2飼料酶制劑的復(fù)雜性一、酶制劑生物活性的敏感性；二、酶的種類和來(lái)源的多樣性；三、動(dòng)物種類和生理階段的差別性；四、日糧類型和飼料原料的復(fù)雜性；五、酶作用和加工條件的變異性；六、日糧營(yíng)養(yǎng)水平與酶提供可利用營(yíng)養(yǎng)的比較性；七、酶制劑在畜禽飼料中應(yīng)用功能的多元性。3酶制劑在畜禽飼料中應(yīng)用的功能

1營(yíng)養(yǎng)消化利用的功能2腸道健康的功能3生理和免疫調(diào)控的功能4脫毒解毒的功能5抑菌殺菌的功能6抗氧化等方面的功能4酶制劑改善營(yíng)養(yǎng)消化利用的途徑（1）直接補(bǔ)充消化道營(yíng)養(yǎng)水解所需的酶

（2）間接去除飼料中抗?fàn)I養(yǎng)因子

（3）間接增加動(dòng)物內(nèi)源消化酶分泌

5還需要關(guān)注飼料原料的物理特性和化學(xué)成分的復(fù)雜性特別是非常規(guī)飼料原料6飼料原料復(fù)雜性一般的單酶和復(fù)合酶對(duì)大部分的非常規(guī)飼料原料的作用有限，必須通過(guò)同一類酶的有效組合和不同類酶的高效配合通過(guò)同一類酶的組合拳作用和不同類酶的相互配合技術(shù)，形成一整套解決方案，才能較好地克服復(fù)雜飼料原料的消化利用問(wèn)題7酶制劑的目的是針對(duì)飼料原料的消化問(wèn)題，但對(duì)最難消化的飼料原料或者成分，例如粗飼料或者木質(zhì)纖維復(fù)合物，甚至一些具體組分如糖蛋白、脂蛋白等等，目前的酶制劑解決方案仍然有限。8理論上纖維素和半纖維素都能夠被相應(yīng)的酶或者酶系所降解，甚至水解為其基本單位單糖或者二糖，

與木質(zhì)素結(jié)合，與粗蛋白（胺或銨鹽）結(jié)合、與粗脂肪（類脂、固醇）結(jié)合、與有機(jī)酸結(jié)合、與礦物質(zhì)和微量元素結(jié)合等等，這些復(fù)雜的物理和化學(xué)混合體，不是一般的酶與底物簡(jiǎn)單催化反應(yīng)能夠解決。9飼料酶的形式1、單一酶或單酶(SingleEnzyme):具有生物催化活性的基本結(jié)構(gòu)單位。2、混合酶(BlendingEnzymes)：沒(méi)有明確目標(biāo)或具體量化關(guān)系的多種單酶組成的酶制劑（目前許多所謂飼料酶產(chǎn)品還是屬于這一類）。3、復(fù)合酶(ComplexEnzymes)：由催化不同底物的多種單酶、有明確目標(biāo)和具體量化關(guān)系組成的酶制劑。4、組合酶(CombinativeEnzymes)：由催化同一類底物的多種單酶、有明確目標(biāo)和具體量化關(guān)系組成的酶制劑。10飼料組合酶指利用酶催化的協(xié)同作用，由催化水解同一底物的來(lái)源和特性不同，選擇具有互補(bǔ)性的兩種或兩種以上酶配合(formulate)而成的酶制劑。

組合酶不是簡(jiǎn)單的復(fù)合，而應(yīng)該是根據(jù)不同酶的最適特性、作用特點(diǎn)和抗逆性的互補(bǔ)有機(jī)組合?？梢允嵌喾N內(nèi)切酶的組合，也可以是內(nèi)切酶和外切酶的組合。11來(lái)自嗜松青霉(P.pinophlum)的CBHS（Ⅰ和Ⅱ型）與內(nèi)切葡聚糖酶（EⅠ至EⅤ）之間在水解棉花纖維上的協(xié)同作用

12飼料組合酶的特性

（1）催化水解同一底物酶的來(lái)源多樣性（2）酶的催化反應(yīng)的協(xié)同配合性（3）酶最適條件和抗逆特性的互補(bǔ)性（4）酶的應(yīng)用效果的高效性13組合型復(fù)合酶制劑

一個(gè)典型的組合型復(fù)合酶制劑產(chǎn)品應(yīng)該包括催化水解多種底物，而且催化水解同一底物的酶制劑有幾種來(lái)源不同的單酶組成，例如，應(yīng)用大量雜粕和麥類的非常規(guī)原料的日糧，可以設(shè)計(jì)含有真菌木聚糖酶、細(xì)菌木聚糖酶、木霉纖維素酶和青霉纖維素酶等組成的組合型復(fù)合酶制劑。14組合酶與酶活之間可比性問(wèn)題目前酶制劑產(chǎn)品酶活之間沒(méi)有可比性，只是籠統(tǒng)標(biāo)明各種酶的活性，仔豬日糧專用酶：木聚糖酶(180000u/g)、β-葡聚糖酶(25000u/g)、纖維素酶(11000u/g)、果膠酶(400u/g)、淀粉酶(2000u/g)、酸性蛋白酶(3000u/g)，添加量為50～100g/T。木聚糖酶活性180000u/g是高還是低了？比另一企業(yè)產(chǎn)品的木聚糖酶活性120000u/g是更好嗎？不能簡(jiǎn)單評(píng)判。15組合酶與酶活之間可比性問(wèn)題組合酶的成分一般都要注明酶的來(lái)源

小麥雜粕日糧專用組合型液體酶：哈茨木霉木聚糖酶(450000u/g)、藍(lán)狀菌木聚糖酶(350000u/g)、纖維桿菌纖維素酶(300000u/g)，嗜松青霉纖維素酶(350000u/g)，添加量為80～100g/T。由于明確了酶的來(lái)源，酶活的意義就能夠比較容易規(guī)范。16一般的復(fù)合酶和組合酶并不能夠解決飼料原料復(fù)雜的物料結(jié)構(gòu)和物理屏障問(wèn)題，特別是許多營(yíng)養(yǎng)成分被包裹、被結(jié)合、被屏蔽、被束縛的問(wèn)題，例如粗纖維和粗蛋白（包括胺類）組分的纏繞，容易受到復(fù)雜的三級(jí)結(jié)構(gòu)的影響。17配合酶概念針對(duì)飼料原料復(fù)雜的物料結(jié)構(gòu)和物理屏障等，提出飼料酶的配合酶（FormulatingEnzymes）。針對(duì)某種飼料物料或者復(fù)合組分的降解而設(shè)計(jì)的，有明確目標(biāo)和具體量化關(guān)系，由多種作用不同底物的單酶組成，而且各單酶之間是有機(jī)結(jié)合的酶制劑。把多種單酶的效能互相“配合”，有機(jī)結(jié)合，協(xié)同作用，解決飼料組分復(fù)雜問(wèn)題，故定義為“配合酶”。18纖維素酶和木聚糖酶是針對(duì)纖維類物料的常見(jiàn)配合，纖維素酶是降解六碳糖（葡萄糖）聚合物，木聚糖酶是降解五碳糖（木糖）聚合物，兩者結(jié)合搭配使用，相互配合，為了方便，我們稱這種結(jié)合為“配合”。1920結(jié)晶區(qū)側(cè)面結(jié)晶區(qū)纖維素酶B木聚糖酶配合酶纖維素酶A組合酶21在復(fù)雜的纖維物料中，結(jié)晶態(tài)部分通過(guò)纖維素酶來(lái)解決，非結(jié)晶態(tài)部分通過(guò)木聚糖酶來(lái)解決，兩者互相配合，協(xié)同作用，針對(duì)一種有序的物理結(jié)構(gòu)和空間排列進(jìn)行處理，稱為“配合酶”解決模式。而兩種或者多種纖維素酶解決結(jié)晶態(tài)部分的方案，就是我們過(guò)去討論的“組合酶”解決模式。22在該復(fù)合的木質(zhì)纖維物料中，如果結(jié)晶態(tài)部分和非結(jié)晶態(tài)部分并不存在物理或者化學(xué)的關(guān)聯(lián)性，那么，纖維素酶和木聚糖酶的結(jié)合，就是一般的“復(fù)合酶”，各自解決目標(biāo)底物，而不是特定的“配合酶”。不同酶制劑的目標(biāo)底物是否有直接的物理或化學(xué)關(guān)聯(lián)性，是判斷“配合酶”的重要依據(jù)。23組合酶解決同一類底物（如蛋白質(zhì)、木聚糖等）的水解效率問(wèn)題，典型的是外切酶與內(nèi)切酶的組合。但是，組合酶并不能夠解決飼料原料復(fù)雜的物料結(jié)構(gòu)和物理屏障問(wèn)題。特別是許多營(yíng)養(yǎng)被包裹、被結(jié)合、被屏弊、被束縛，例如粗纖維和粗蛋白（包括胺類）組分的纏繞。24復(fù)雜組分物理屏障，需多種酶配合作用復(fù)雜組分的物理屏障作用，反映在木質(zhì)纖維素復(fù)合物更明顯，特別是植物的細(xì)胞壁成分。植物細(xì)胞壁的木聚糖和甘露聚糖，需要很多酶系才能使之完全水解為可溶性糖。木質(zhì)纖維素的復(fù)雜物理特性，單一的纖維素酶，甚至多種纖維素酶組成的酶系或者設(shè)計(jì)合理的纖維素酶組合酶也未必能夠解決。25細(xì)胞壁淀粉顆粒26如果纖維素與半纖維素、木質(zhì)素同時(shí)存在并結(jié)合在一起，半纖維素和木質(zhì)素將影響纖維素對(duì)纖維素酶的吸附，同時(shí)，纖維素與半纖維素、木質(zhì)素之間互為屏障，纖維素也將影響木聚糖對(duì)木聚糖酶的吸附和物理性接觸。木質(zhì)纖維素復(fù)合物的物理特性，如果單一使用纖維素酶或者木聚糖酶，不僅僅影響纖維素酶的作用，也影響木聚糖酶的作用。27植酸鹽的形式和位置可能對(duì)于其水解效率具有重要的影響作用。存在于籽實(shí)外部纖維層中不溶性的植酸鹽更難消化。

“配合”使用植酸酶和蛋白酶，有可能相互解除物理性的屏障作用，同時(shí)提高了雙方的作用效率。28復(fù)雜組分的分解不協(xié)同，更容易造成局部高濃度水解產(chǎn)物的抑制作用

29可以篩選一種微生物源或者植物源的蛋白酶，與植酸酶“配合”，解決植酸、礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)之間的相互作用，不僅僅有利于蛋白質(zhì)的利用，也有利于礦物質(zhì)和微量元素的利用。30微生物通過(guò)多種酶的協(xié)同作用水解復(fù)雜組分人工配制的“配合酶”同樣可以仿生這種協(xié)同高效的機(jī)制

31如何判斷“配合酶”？32配合酶的特征和判斷標(biāo)準(zhǔn)

不同酶制劑的目標(biāo)底物必須有直接的物理或化學(xué)關(guān)聯(lián)性，這是判斷“配合酶”的重要依據(jù)。33配合酶的判斷標(biāo)準(zhǔn)配合酶中某一單酶的催化效率大于該酶在作用復(fù)雜物料或者復(fù)合組分時(shí)單獨(dú)使用時(shí)的效率，配合酶中每一單酶的效率都應(yīng)該提高。34配合酶的判斷標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定正常單酶作用特定復(fù)雜物料或者復(fù)合組分時(shí)的催化效率為1：（1）單酶A+單酶B

=2復(fù)合酶（2）單酶A+單酶B

﹥2配合酶兩者混合一起效率是2，兩者沒(méi)有直接的關(guān)聯(lián)性，是一般復(fù)合酶35配合酶的判斷標(biāo)準(zhǔn)兩種單酶在各自簡(jiǎn)單的底物中發(fā)揮催化作用的效率都是100%，在復(fù)雜物料或者復(fù)合組分中作用的效率一般是小于100%，1.假如酶A和酶B效率是80%和75%，這是復(fù)合酶。2.假如酶A和酶B效率是90%和100%，把這種情況的兩種酶結(jié)合形式稱為配合酶。36配合酶與復(fù)合酶（1）配合酶是復(fù)合酶的一種，是一種特殊的復(fù)合酶，它是針對(duì)一種或者一類物料解決方案的配合酶。（2）復(fù)合酶是廣義的配合酶，一般針對(duì)多種或者幾類物料。（3）配合酶是針對(duì)一種復(fù)雜的組分，該組分由多種成分以化學(xué)鍵方式結(jié)合，有明確關(guān)聯(lián)度。37配合酶與復(fù)合酶

（4）復(fù)合酶則是所有組分解決方案的集合，這些組分可以有關(guān)聯(lián)性，也可能沒(méi)有關(guān)聯(lián)性。（5）配合酶是功能多元、有機(jī)組成“復(fù)合酶系”，酶系內(nèi)的各種酶互相配合和協(xié)同。（6）復(fù)合酶也是功能多元，但不能成為一個(gè)酶系，而是松散的結(jié)合。

38配合酶與組合酶

（1）配合酶作用不同類別的底物，而且不同底物在同一物理結(jié)構(gòu)內(nèi)，或者在化學(xué)結(jié)合上有關(guān)聯(lián)性。（2）組合酶是解決同一種或者同一類底物的催化降解問(wèn)題。（3）組合酶一般是針對(duì)飼料化學(xué)成分，而配合酶更多是針對(duì)是飼料的物理物料特性。39配合酶與組合酶（4）組合酶一般是針對(duì)單一組分，而配合酶更多是針對(duì)多組分。（5）配合酶中，多種單酶有主次之分，在配制配合酶制劑時(shí)，有“主酶”和“次酶”之分。而組合酶中，多種單酶沒(méi)有主次之分，共同解決一種底物的降解問(wèn)題。（6）組合酶除考慮單酶作用位點(diǎn)，解決化學(xué)鍵差異化外，作用同一位點(diǎn)的多種單酶，其理化條件也可以作為組合的條件。40復(fù)合酶組合酶配合酶單酶混合酶為了不同目的，可把多種單酶結(jié)合起來(lái)使用組合型復(fù)合酶組合型配合酶41飼料酶制劑有7種形式

單酶、混合酶、復(fù)合酶、組合酶、配合酶、組合型復(fù)合酶、組合型配合酶。

混合酶也是目前存在的一種形式，它在一定程度也能發(fā)揮作用，只是效率不高，有一定的盲目性。知識(shí)的局限性和技術(shù)手段的有限性，在未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間里，混合酶將存在，把混合酶轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合酶、組合酶和配合酶產(chǎn)品，必須進(jìn)行大量的科學(xué)研究，42配合酶提出的意義

飼料配合酶和近年來(lái)提出的飼料組合酶一樣，是飼料酶制劑應(yīng)用技術(shù)體系的構(gòu)建和完善，從一個(gè)概念到實(shí)際的應(yīng)用，有一個(gè)慢長(zhǎng)的過(guò)程，由于酶制劑的復(fù)雜性以及目前研究基礎(chǔ)的局限性，爭(zhēng)論和爭(zhēng)議在所難免。43飼料配合酶的實(shí)際價(jià)值可能是有限的，可能一般的復(fù)合酶就能夠達(dá)到其效果。如何根據(jù)飼料物料復(fù)雜的物理微結(jié)構(gòu)進(jìn)行配合酶設(shè)計(jì)，使多種酶能夠相互配合，各自的效率大于單獨(dú)使用時(shí)的效率，目前仍然有很大的難度。44首先，通過(guò)飼料配合酶和復(fù)合酶及組合酶等概念的提出，可以初步構(gòu)建一個(gè)飼料酶制劑應(yīng)用的技術(shù)體系，通過(guò)不同形式的酶制劑設(shè)計(jì)，從不同的角度考慮，它們之間可以成為一個(gè)飼料添加劑應(yīng)用技術(shù)和動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)的子系統(tǒng)。45其次，配合酶針對(duì)飼料原料物理特性的復(fù)雜性和化學(xué)組分的復(fù)雜性，對(duì)彌補(bǔ)一般的復(fù)合酶直接作用簡(jiǎn)單而明確底物這方面的不足有重要的價(jià)值，拓寬了酶制劑對(duì)底物的適用范圍。46第三，一般的復(fù)合酶，組合酶，只能對(duì)部分非常規(guī)飼料原料有一定的作用。目前的酶制劑對(duì)大部分的非常規(guī)飼料原料的價(jià)值仍然有限，配合酶則有提高復(fù)雜原料利用的潛在價(jià)值，特別是配合酶和組合酶結(jié)合使用，理論上，可以解決大部分非常規(guī)飼料原料的利用問(wèn)題。47第四，配合酶可以部分解決多組合的抑制問(wèn)題，可以進(jìn)一步提高營(yíng)養(yǎng)利用，對(duì)許多認(rèn)為不可能再改善其價(jià)值的原料，如玉米、豆粕等普通原料，仍有提升空間。例如，經(jīng)植酸酶處理，蛋白酶的效率比原來(lái)不使用植酸酶的情況要高，植酸酶“配合”蛋白酶處